新型喷口空气动力场的实验

新型喷口空气动力场的实验研究摘要：本文测量了喷口中几种不同钝体后的空气速度场，分析了喷口中钝体锥角、高宽比以及钝体壁面粗糙度对回流区、回流率、射流刚性的影响。提出了设计“喷口+钝体”结构形式的新型喷口中钝体的最佳锥角范围。新型喷口的形式可以降低垂直方向温度梯度，相对减少送风温差，增强受风区域温度的均匀性，提高室内的舒适性。关键字：喷口回流区回流率射流刚性1前言1.1喷口的应用现状矩形和球型喷口在我国的高大空间建筑物中已经逐渐广泛应用。由于喷口射流具有一定刚性，射程远、流量大，采用喷口形式，可以减少空调区域空间的风管数量，还可以减少风口数量，方便室内装修，同样能保证较好的气流组织，由于高大空间采用喷口可设计成分层空调的形式，可以降低能耗，节约能源。故喷口广泛应用于展览馆、体育馆、剧院、演播厅和高大空间厂房等[1，2]。现阶段高大空间采用置换通风末端送风装置和喷口的形式都比较多，相对于置换通风，采用喷口的空调方式属于传统的混合式通风或稀释通风。1.2新型喷口的设计新型喷口利用诱导的原理，在喷口内设置钝体，使得沿射流方向大量的室内空气与一次气流混合，从而提高了送风的冷却能力，相当于降低了送风温差，降低垂直方向温度梯度，使得受风区域温度更均匀，舒适性更高。本文对不同锥角、不同高宽比喷口的钝体进行了速度场测量，并分析了不同钝体对空调效果的影响，对新型喷口中钝体的优化进行了研究。2实验方法与结果2.1实验装置实验装置由风机、风管、矩形喷口以及钝体组成。其中矩形喷口尺寸为高×宽=160mm×120mm。风速测量使用小探头毕托管数字式测速仪测速度值，测速仪铭牌为：ZEPHR（DIGITALMICROMANOMETEN）。2.2实验用钝体实验用钝体如表1所示，本文分别运用了高宽比、锥角、粗糙度不同的六种钝体。对以上六种不同钝体，我们测出了六种钝体后的速度场分布，限于篇幅，速度场分布曲线和喷口中心线速度分布曲线略。表1实验用钝体淡钝册体箩1馅钝印体或2牺钝排体暂3棋钝焰体侍4旱钝傻体开5狐钝牛体牲6休高宽敬比柱mm/m迅m撒160/董60霞160/技60尘160/哪60艘80/1穴20色80/1段20殃80/1气20渔锥蔑肢度痒60午O哑60纠O辰45蚁O爪60密O遵60羞O抚90块O需粗糙度智*新无搂有着无辆无堤有坦无*粗糙度“有、无”是指钝体上是否加锯齿型横条3分析与讨论3.1回流区特性图1是实验用六种钝体后回流区边界及长度的对比图。拦回流区边咬界可由流辞函枪数去φ块/掏φ芳0击=摔0焦的零流线忙确定。根弄据测得的栽钝体后不丙同断面的材轴向速度乌分布，可眨由下式求杂出零流线澡在不同断返面上的径配向坐标口[4]轧：(1)池式中摊，呀H磨为钝体高名度枕；钱ρ滚为气流密身度阁；军w翠x管为测得的凡轴向速度乓；销y膝1苗为零速度浙线挎（听w搜x收=夹0察）情到贝x衔轴的半径沾距戚，临y资2变为零流线破（命φ址=霜0左）君到湖x凭轴的半径凯距。贯a撒荐带诸佳认次让b颜图充1竭发各种钝体姥后回流区弟边界及长淘度对比府图抽a宇箭高宽艇比制>1b拾庄高宽晴比笔<1箱由损图梯1对分析可以须知道：献（尽1胞）钝体后旦回流区尺距寸均随着没钝体锥咽角懂a慧的增加而搏增大。这经种变化是淘由于气流选的动量在疏不同的钝表体锥裹角保a脸情况下，矿其轴向分横量和径向筝分量之比蜓不同所引正起的。钝睛体锥角越麦大，则动乓量的径向屑分量越大逼，气流容唱易产生较励大的偏折垫，促使回神流区宽度钱增加，由番于同样的尽原因，气擦流向轴线紧卷曲的能鼠力也有所哑减弱，使粉两侧主流恋的汇合点桥后移，因画而回流区腿也较长。袋（欲2距）钝体底大边宽对回塞流区长度引及宽度也退有影响。辽（蒙3苦）阻塞率轮对回流区谁尺寸有一被定影响。胁但为了减液少流动阻际力，可取堆为提0恨，本次实然验取代为钓0恰。拴怨（前4窗）钝体增萌加粗糙度稿后，其后藏下游区将喊产生一个好较大的旋沫涡回流区犬，此回流奔区长度及爬宽度大于醉原钝体产单生的回流紧区，在钝巡体加粗糙暂度后的回盘流区边界封内外出现解有较大的余速度梯度滴，有着较龄强的湍流帜混合，回朽流区尺寸革的增大程乳度与来流妨情况及改粘进型钝体灾的结构有破关。驳总之，绕粉流脱体产梳生的反向公压力梯度陕，从根本码上促成了音回流区的毒形成，而钩回流区长净度胖L恼是表征回傻流区特征耕的重要数趁值，它也骂是影响热的质交换的趣重要参数节，同要时紧L元又是钝体楼结构和安暂装位置的鬼函数。可晃以说，回暴流区尺寸脚特别是其否长付度办L泽，对钝体鞠结构的改怪进及安装治位置的变辉动有着重阵要的指导均作用。污3.2坑货回流率墓空调（受毁风）区域毕被调节空奋气达到设费计参数所状需要的时鬼间，取决窜于送风冷只射流及受怎风区域热帆空气和建画筑物壁面急的辐射换唤热和冷热辞空气的对来流换热。护现有的研铲究表明，扮室内空气丛单靠冷热胡空气及壁多面的辐射乘换热达到约设计温度喝所需的时晃间比单靠宾回流换热滩至温度均垫匀的时间类大一个数缎量级以上艺。可见，笨室内空气遍的换热主顽要靠冷热相空气的回舍流热，工他程范围内漂可以不考扣虑辐射换巾热。回流戚量越大，黑冷热空气右热质交换倚越剧烈而此更易于室榆内空气温雨度均匀。把在钝体后滩，由于存境在反向压里力梯度，脂尾部气流威将向前部治回流，回画流的气体位流量与喷描口处主流闲的流量之期比，称为缓回流率，威回流率可倍看作回流糖强度的尺纪度。凭主流流量抬为：躺捆（贞3输）念故而，回郑流率为：罢挡（易4照）锣由式伞（河4汇）可知，淘求取回流圆率实际上跪就是测定意回流区轴纽向速度的蠢分布，根星据速度分拦布求侦得栗Q柴r胡，进而匹得竟Q三r吩/Q蜻0晃砍。例图吼2柴为根据实召验中测得串的回流区现速度分布鸽、回流轴未向速度求标得的回流风率图。薄（桑4贷）阻塞率醒对回流率努有一定影遗响，为减瓣少流动阻奉力，实验章中取阻塞转率稠为拒0识。该a泼巧糖盒久税乞b穗图拨2夹凭不同钝体归的回流率片比较图偶分析比较良图摩2吃各条曲线缘，可得出胆如下结论使：视（欺1钳）室内空杆气的回流景量对钝体摆锥角的变卧化较敏感者，随着锥膨角的增大虏，回流率功增大。故裂而从室内晕空气回流此利于冷热灾空气热质胁交换的角对度而言，牛锥角大好途。修（雕2困）比较潜图让2扰（垦a卧）中钝烟体协1说、供2县曲线和言（都b珠）中钝术体渠3土、侍4翠曲线，钝天体表面加沾上垂直于隔来流方向中的横条后惭，室内空何气的回流仆量有明显怜的提高，帐而加上平乳行于来流剃方向的横猴条后，回标流率变化宏不明显。射至于加上解垂直于来垃流方向的冶横条的多誉少、厚薄钩、布置位汪置，有待世进一步探华讨。捏（粒3勤）薄屠钝体底边挎宽对回流失量有一定漆的影响。按本次实验前未作深入敌探讨。懒（荡4扰）阻塞率弓对回流率月有一定影披响，为减针少流动阻津力，实验溪中取阻塞矛率卖为分0谜。适3.3布哭射流速度帐的衰减膀布置于高需大空间的犁喷口，其捕射流要达纷到一定的驶射程，才嚷能保证受恩风区域的侨空调效果镜，因此，脑气流到达肤受风区域陈尽端时应堡保持有一扬定的动量懒。那么，锄加装钝体姻后是否会谦造成过大茂的速度衰养减而影响姓气流的动党量呢？本正次实验对竞此进行了凶研究。露有钝体时跟射流中心口线舒（装x崖轴线）速杆度较无钝羽体时小得肠多，射流猛刚性受到垄钝体影响犹；而对射丸流最大速闻度，有无坡钝体时变融化不是很娱明显。大抄量研究表舞明：钝体皂后的主流钓速度具有峡自模特性教，若结构面布置合理龙则对刚性刻影响甚微哈。愧钝体锥德角延a=90藏°叶时，速度仓衰减最快才。踏a=60伞°征的钝体后险速度衰减隐并不修比考a=45代°喜时大，这裹是由于加仆装钝体后保，出口类验似缩扩喷些口，气流石喷出时在鹿此获得的以加速程度卡不同。锈在钝体上柏加装横条别后，其主捉流速度衰煮减比无钝戚体时快，袋但差距不括是很大。宅4纤快结论与建罚议酸本文对六羡种不同的下钝体进行酬了冷态空浸气动力场英的研究。验综合考虑括了钝体的搁变化对回缺流区、回秃流率、射鬼流速度衰叶减的影响骂。这些变善化对喷口评都会产生拥巨大的影师响。避随着锥假角技a尤的增大，枝其后回流怜区尺寸及障回流率均衫有不同程阿度的增大如。回流空班气提供主衡要的热负故荷，对室肿内换热起榴主要作用项，室内空丰气回流技迎术是强化谊换热，稳严定室内空略气参数的涌一项重要群措施。本晒文实验结均果对于常略见的圆盘恋散流器、区斜片式散宇流器、活轮条式线形战风口、置广换送风风环口的设计狼、选用都迹具有指导典和借鉴意岔义。以上蛙各种风口靠，根据不缝同的建筑更条件可以搜考虑用锥滔角为不同仙的钝体。幻增加钝体吴表面粗糙灯度，可以抽增大回流牺区长度，补增大回流杠量，有利颂于增强湍劣流度，利取于冷热空蹄气的混合绩，对热质评交换起积徒极作用。挣本实验结摄果对于采应用大温差命低温送风听的末端装烟置的设计冲也具有指溪导意义，昆相对于低予温送风，尸室内热空围气与送风垂气流温差优较大，若迁在人员活没动区域再社进行充分萝的热交换尿，舒适度璃会下降，辣而采用钝央体后，在陷钝体羊后朋2字b侄长度左右抛，回流区考尺寸及回插流率均有介较大（极含大）值，拼相当于提析高了送风庆温度，冷西空气对人赵体的不适普感觉下降葱，而且削教弱了垂直励方向的温上度梯度。参考文献贫1披丙朱金膨鸣栽亏梁韬，上